Геология : трещиноватость горных пород и графические методы ее изображения
Покупка
Тематика:
Геология полезных ископаемых
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Автор:
Ларичев Лев Николаевич
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 36
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Специалитет
Артикул: 750834.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Содержит теоретические основы характеристики трещиноватости массива горных пород, методы их изучения и графического изображения и задания для выполнения расчетно-графических работ. Для студентов, обучающихся по направлению 21.05.05 «Физические процессы горного и нефтегазового производства».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 21.05.05: Физические процессы горного или нефтегазового производства
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва 2018 МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ Кафедра геологии и маркшейдерского дела Л.Н. Ларичев ГЕОЛОГИЯ ТРЕЩИНОВАТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД И ГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ Методические указания Рекомендовано редакционно-издательским советом университета № 3216
УДК 622 Л25 Р е ц е н з е н т канд. техн. наук А.В. Демченко, канд. геол.-минерал. наук М.В. Лехов (МГУ им. М.В. Ломоносова) Ларичев Л.Н. Л25 Геология. Трещиноватость горных пород и графические методы ее изображения : метод. указания / Л.Н. Ларичев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 36 с. Содержит теоретические основы характеристики трещиноватости массива горных пород, методы их изучения и графического изображения и задания для выполнения расчетно-графических работ. Для студентов, обучающихся по направлению 21.05.05 «Физические процессы горного и нефтегазового производства». УДК 622 Л.Н. Ларичев, 2018 НИТУ «МИСиС», 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ....................................................................................................4 1. Трещины в горных породах .................................................................5 1.1. Нетектонические трещины .............................................................. 7 1.2. Тектонические трещины .................................................................. 9 1.2.1. Трещины с разрывом сплошности пород ............................. 10 1.2.2. Кливаж ...................................................................................... 12 1.3. Наблюдения за трещинами на горно-геологических объектах ................................................................................................... 15 2. Графические методы изображения замеров трещин .......................20 2.1. Розы-диаграммы .............................................................................. 20 2.2. Круговые диаграммы в изолиниях ................................................ 22 3. Задания .................................................................................................30 4. Исходные данные ................................................................................31 Литература ...............................................................................................35
Введение Рассматривая земную кору как среду горного производства, легко убедиться, что в ее пределах практически невозможно найти сцементированные (скальные) горные породы, лишенные трещин, под которыми обычно понимают разрывы их сплошности без заметного по ним перемещения. Трещиноватостъю называется совокупность трещин, нарушающих монолитность горных пород и весьма влияющих на свойства горного массива. Практика ведения горных работ свидетельствует о том, что естественная трещиноватость горных пород является одним из главных факторов, влияющих на рациональную и безопасную разработку месторождений полезных ископаемых. Трещиноватость пород в значительной степени снижает их прочностные свойства и устойчивость, особенно в областях ее интенсивной проявленности. По трещинам происходит отделение пород от массива, нередко в виде крупных блоков, что приводит к нарушению технологического процесса разработки полезного ископаемого и существенно затрудняет отработку его запасов. Недоучет влияния трещиноватости при подземных горных работах является также одним из главных источников различных аварий. В то же время знание особенностей трещиноватости вмещающих пород и полезных ископаемых позволяет выбрать правильное положение забоя относительно господствующих систем трещин, что способствует успешному применению горных машин и механизмов и существенно повышает производительность и безопасность труда горняков. С трещиноватостью горных пород связана не только их устойчивость при проведении горных выработок, но и притоки подземных вод. Повышенная трещиноватость угольных пластов является одной из причин внезапных выбросов угля и газа в шахтах. Поэтому знание трещиноватости дает возможность выбрать наиболее рациональные способы ведения горных выработок и предварительной дегазации шахтных полей. Кроме того, изучение трещиноватости имеет большое значение для оценки устойчивости бортов карьеров и определения комплекса инженерно-геологических свойств горных пород при проходке шахтных стволов. Настоящие методические указания составлены для обучения студентов горных специальностей методам обработки результатов изучения естественной трещиноватости массива горных пород с целью использования полученных данных в горной практике.
1. ТРЕЩИНЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ Разрывы в горных породах делятся на две большие группы. К первой группе относятся трещины, представляющие собой разрывы, перемещения по которым имеют очень незначительную величину. Во вторую группу объединяются разрывы с заметными перемещениями пород. Совокупность трещин, разбивающих тот или иной участок земной коры, называется трещиноватостью. По степени проявления трещины можно разделить на три группы: открытые, закрытые и скрытые. Открытые трещины характеризуются четко видимой полостью. В закрытых трещинах разрыв хорошо заметен невооруженным глазом, но стенки трещин оказываются сближенными до такой степени, что заметить полость по разрыву не удается. Скрытые трещины очень тонки и при обычных наблюдениях незаметны, но их легко обнаружить при разбивании или окрашивании горных пород. Трещины, имеющие одинаковую или близкую ориентировку, объединяются в ряды трещин. Трещины одного ряда могут ветвиться, но не пересекаться. Обычно в горных породах развивается несколько рядов трещин. Нередко при этом ряды трещин оказываются взаимосвязанными и изменения в ориентировке одного ряда сопровождаются соответствующими изменениями в ориентировке другого ряда. Отдельностью называются блоки и глыбы, на которые разделяется трещинами горная порода. Форма отдельности обусловливается расположением трещин. В осадочных горных породах обычно развиваются прямоугольная, кубическая, параллелепипедная, призматическая, плитчатая, шаровая и глыбовая отдельности; в метаморфических – плитчатая, пластинчатая, ребристая, остроугольная; в лавах – призматическая, столбчатая или шаровая отдельности; среди интрузивных массивов встречаются кубическая, прямоугольная, параллелепипедная и другие отдельности. Классификация трещин. Трещины, развитые в горных породах, можно классифицировать либо относительно текстурных особенностей (слоистости, сланцеватости, ориентировке линейных и пластинчатых минералов) и по ориентировке трещин в пространстве, либо исходя из условий их образования. В первом случае классификация трещин будет отражать лишь геометрические особенности; такая классификация называется геометрической. Во втором случае классификация имеет генетический характер. Обе классификации не ис
ключают одна другую, трещиноватость в них рассматривается с различных точек зрения, и они дополняют друг друга. При геометрической классификации трещин в осадочных и метаморфических породах, обладающих ясно выраженной слоистостью или имеющих неясную слоистость, но четкую, сланцевую текстуру, выделяются: а) поперечные трещины, секущие в плане слоистость или сланцеватость по направлению падения. В разрезах поперечные трещины могут быть либо вертикальными, либо наклонными; б) продольные трещины, параллельные линии простирания, но секущие слоистость или сланцеватость в вертикальных разрезах; в) косые трещины, секущие слоистость или сланцеватость под углом относительно простирания и направления падения; г) согласные трещины, ориентированные параллельно слоистости или сланцеватости как в плане, так и в разрезах. В массивах, а также в слоистых и сланцеватых породах нередко трещины удобнее классифицировать по углу наклона. В таких случаях обычно выделяются следующие виды трещин: вертикальные – с углами падения от 80 до 90°, крутые – от 45 до 80°, пологие – от 10 до 45°, слабонаклонные и горизонтальные – с углами падения от 0 до 10°. В генетической классификации выделяются следующие типы и виды трещин: Нетектонические трещины: 1) первичные трещины; 2) трещины выветривания; 3) трещины оползней, обвалов и провалов; 4) трещины расширения пород при разгрузке. Тектонические трещины: 1) трещины с разрывом сплошности пород (трещины отрыва и скалывания); 2) кливаж. В приведенной классификации за основу приняты геологические условия формирования трещин. К основным признакам, положенным в основу разделения трещин по видам, относятся: геологическая обстановка, характер механического разрушения пород, источник возникновения нагрузок и морфологические особенности трещин.
1.1. Нетектонические трещины Образование нетектонических трещин в горных породах обусловлено изменениями внутренних свойств пород под влиянием сил, проявляющихся при экзогенных процессах на поверхности Земли или вблизи от нее. Первичные трещины. Первичные трещины развиваются в результате проявления внутренних сил в породах при их усыхании, уплотнении, изменении объема и температуры и физико-химических превращениях. Первичные трещины в осадочных породах. Первичные трещины в осадочных породах, или диагенетические трещины, возникают преимущественно при процессах диагенеза, т.е. в стадии превращения осадка в горную породу. Наиболее важными физическими изменениями при диагенезе являются потеря воды и уплотнение отложений путем уменьшения их влажности и пористости. При повсеместном распространении диагенетических трещин последние наиболее четко выражены в областях с горизонтальным или слабо нарушенным залеганием пород. Там, где породы смяты в складки и испытали интенсивные тектонические движения, первичные трещины обычно замаскированы более поздней тектонической трещиноватостью. Диагенетические трещины не пересекают скольконибудь мощные толщи тех или иных пород, а тесно связаны с отдельными слоями или пачками слоев. Обычно они резко заканчиваются у поверхностей наслоения. По отношению к слоистости эти трещины располагаются различно: перпендикулярно, косо, параллельно; нередко они имеют изогнутые поверхности, а также неправильную сложную форму. На поверхностях наслоения диагенетические трещины образуют полигональную сеть. Частота трещин находится в полной зависимости от мощности пород. Мощные пласты имеют более редкую сеть трещин по сравнению с пластами менее мощными, сеть трещин в которых, при прочих равных условиях, бывает более густой. Образование диагенетических трещин объясняется уменьшением объема осадка при превращении его в породу. Различия в степени уменьшения объема пород различного состава в слоистых толщах вызывают появление трещин, ориентированных согласно со слоистостью. Трение, развивающееся при этом, является причиной стяжения породы не к одному, а ко многим центрам с распадением на большое число отдельностей.
Первичные трещины в эффузивных породах. Первичные трещины в эффузивных породах развиваются под воздействием напряжений, возникающих при их охлаждении. Уменьшение объема всегда вызывает появление растягивающих усилий, в результате которых образуются трещины. Для лав наиболее характерны плитчатая, столбчатая и шаровая отдельности, реже встречаются прямоугольная и остроугольная. Особенно примечательными являются столбчатая и шаровая отдельности в лавах. Образование трещин, ограничивающих столбчатую отдельность, связано с возникновением осей стяжения, отстоящих друг от друга на равных промежутках. Линии, соединяющие эти центры, совпадают с направлениями наибольших растягивающих напряжений, и, когда лава затвердевает, появляются трещины, перпендикулярные этим линиям. Трещины пересекаются таким образом, что получаются шестиугольники. По мере охлаждения лавы столбы удлиняются от поверхности в глубину лавового покрова, образуя многочисленные призмы. Столбчатая отдельность иной формы (пятиугольная, четырехугольная) встречается редко и образуется за счет усиленного роста одних граней из-за недоразвитости других. Шаровая и овальная отдельности в лавах возникают при быстром охлаждении лавовых потоков. Такие условия создаются при соприкосновении лав с морской водой, при излиянии лав под сильным дождем или их внедрении в мягкие, пропитанные водой отложения. Трещины выветривания. При выветривании порода теряет свою монолитность. Разрушение ее происходит главным образом за счет раскрытия и расширения ранее существовавших в ней трещин и образования новых – трещин выветривания. Степень разрушения породы и частота трещин, вызванных процессами выветривания, с удалением от дневной поверхности быстро уменьшаются. Обычно трещины выветривания распространены на глубину 10…15 м от поверхности, в редких случаях глубина их проникновения увеличивается до 30…50 м. Трещины оползней, обвалов и провалов. В описываемую группу объединены трещины, довольно разнообразные по происхождению. Они обычно часты и четко выражены, но имеют местное распространение. Трещины расширения пород при разгрузке. Горные породы в земной коре находятся в сильно сжатом состоянии. Одна из основных сил, действующих повсеместно, вызывается тяжестью вышележащей толщи. При высвобождении пород от действия сжимающих сил, что происходит
у поверхности Земли, в горных выработках, бортах речных и овражных долин и при других подобных условиях, породы начинают выдавливаться в свободное пространство. В выработках выдавливаются боковые стенки, кровля и почва, стремящиеся заполнить все ее сечение; у поверхности земли развиваются трещины отслаивания; в бортах речных долин и оврагов появляются характерные «трещины бокового отпора». Трещины отслаивания возникают параллельно обнаженной поверхности. Они часты и хорошо выражены вблизи нее, но становятся более редкими и менее ясными в глубине. Трещины бортового отпора (отседания, откоса) развиваются в бортах долин рек и оврагов, врезанных в различные скальные и полускальные породы. Трещины бортового отпора бывают наклонены под углом 30…50° в сторону долины и распространяются в глубину до уровня реки; простирание их совпадает либо с современными, либо с древними долинами. Ширина захвата долин трещинами отпора зависит от глубины эрозионного среза и характера пород. При прочих равных условиях при большой глубине долины ширина зоны развития трещин будет соответственно больше. Крепкие и менее выветренные породы сокращают ширину зоны. 1.2. Тектонические трещины Тектонические трещины появляются в горных породах под влиянием тектонических сил, вызываемых в земной коре эндогенными процессами. Возникающие при этом деформации почти всегда сопровождаются развитием в горных породах трещин, образующихся как на сравнительно небольших площадях, ограниченных отдельными структурами, так и на огромных пространствах. Тектонические трещины во многом отличаются от трещин нетектонических. Различия выражаются прежде всего в том, что эти трещины более выдержаны как по простиранию, так и по падению и ориентированы по единому плану в различных по составу породах. Напомним, что тектонические трещины в соответствии с принятой нами классификацией делятся на трещины с разрывом сплошности пород и на кливаж. Кливаж, в противоположность другим видам тектонических трещин, не нарушает сплошности пород. В породах с развитым кливажем разрушается их текстура и структура, но они не теряют монолитности, если только поверхности кливажа не расширены какимилибо более поздними процессами (например, выветриванием).
1.2.1. Трещины с разрывом сплошности пород Трещины с разрывом сплошности пород возникают при появлении в породах напряжений, превышающих пределы их прочности. Ниже описаны только те трещины отрыва и скалывания, которые связаны с тектоническими силами, развивающимися в земной коре. Трещины отрыва. Трещины отрыва обычно приоткрыты, обладают неровной зернистой поверхностью и лишены каких-либо следов перемещений. Гальки и крупные зерна при пересечении их поверхностью отрыва нередко выдергиваются из породы, оставляя на поверхности трещины гнезда в виде ямок и вдавленностей. Трещины отрыва быстро выклиниваются по простиранию и падению, но часто рядом или в стороне от выклинивающейся трещины можно найти новую, продолжающуюся в том же направлении. При разрастании трещин отрыва выделяется несколько последовательных стадий их роста. Вначале появляются редкие, удаленные друг от друга трещины. Затем, при увеличении их числа и размеров, они как бы заходят друг за друга и на последней стадии соединяются между собой с образованием коротких косых смыкающихся разрывов. Образование трещин отрыва происходит в разнообразных условиях. Они могут быть развиты на огромных пространствах, в таких региональных структурах, как флексуры или крылья прогибов, либо имеют узкое местное распространение. Региональные трещины отрыва возникают в породах, испытывающих растяжение в результате проявления вертикальных движений. Появляющиеся при этом трещины обычно образуют систему из двух рядов крутонаклонных трещин, пересекающихся в плане и разрезе под прямым или близким к нему углом. Один из рядов развивается согласно с простиранием пород, в общем плане параллельно оси поднятия или оси опускания. Второй совпадает с направлением падения пород. Морфология региональных трещин отрыва имеет ряд характерных черт. Это обычно вертикальные или крутонаклонные ровные трещины, выдержанные по простиранию и падению на десятки и сотни метров. Они бывают открытыми, и очень часто речная и овражная сеть вырабатывается согласно с планом расположения таких трещин. Региональные трещины отрыва широко развиты на крыльях многих платформенных прогибов, обладающих большой глубиной.
Местные трещины отрыва возникают на участках, испытывающих растяжения при формировании складок и разломов. Морфологически эти трещины не отличаются от описанных выше региональных трещин, но они не имеют такого широкого распространения. Многочисленные трещины отрыва образуются на сводах пологих куполовидных поднятий, в ядрах складок, на участках крутого погружения шарниров складок и на смыкающих крыльях флексур. Расположение трещин на сводах куполовидных поднятий зависит от их формы. В изометричных куполах трещины отрыва развиваются по радиусам концентрически. Нередко возникает лишь один из этих видов трещин. В ядрах линейных складок трещины отрыва развиваются по двум направлениям. Одно из них продольное (совпадает с простиранием осей складок), другое поперечное. Появление продольных трещин объясняется общим растяжением пород в замках складок, связанным с изгибом слоев. Поперечные трещины возникают там, где шарниры складок образуют перегибы. Растяжение, которое испытывают при этом породы, направленное вдоль оси складки, приводит к образованию поперечных трещин (рис. 1.1). Рис. 1.1. Схема расположения трещин отрыва в ядре антиклинальной складки Трещины отрыва возникают на смыкающих крыльях флексур в направлении, совпадающем с их простиранием. Такие трещины бывают интенсивно развиты на участках, нарушенных сбросами. Последние чаще образуются в условиях растяжения горных пород и отражают дальнейшее развитие тех напряжений, которые приводят к образованию трещин отрыва. Там, где развиты сбросы, трещины отрыва ориентированы параллельно поверхности сместителя. Они образуются раньше, чем произойдет перемещение крыльев сброса, и имеют наибольшую частоту у сместителя, становясь более резкими вдали от него.
Доступ онлайн
В корзину